I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sel surya (solar cell) sangat berguna untuk berbagai
keperluan antara lain sebagai penyedia tenaga (power supply) untuk satelit, jam
dan kalkulator. Dengan efisiensi konversi yang baik sel surya dapat merubah secara langsung cahaya matahari
menjadi listrik dan pada harga operasi yang murah dan secara virtual yang tidak
berpolusi dapat juga untuk menyediakan daya.
Keluaran energi dari matahari yang bersifat radiasi menurun
dari reaksi fusi nuklir. Sekitar 6x1011 kg dalam setiap detik hidrogen
dirubah menjadi helium dengan kehilangan massa sekitar 4x103 yang berubah kg yang melalui perumusan
energi-massa Einstein (E=mc2) yaitu sekitar 4x1030 joule.
Dalam daerah ultraviolet energi ini terpancar sebagai radiasi, cahaya tampak
(visible) hingga infared (0,2-3 µm). Sekarang total massa matahari ada sekitar
2x1030 kg dan masuk akal bahwa matahari masih tetap akan bertahan
sekitar 10 miliar tahun lagi.
B. Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan yang dilakukan ini adalah:
Agar
mahasiswa dapat menentukan daya maksimum (Pm),
efisiensi (ŋ) dan fill faktor (FF) dari sel surya.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A.
Sejarah
Sel Surya
Penemuan tentang efek
fotofoltaik pertama kali dilakukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana
Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai
elektroda pada larutan elektrolit. Kemudian pada tahun 1954, para peneliti dari
Bell Laboratories melakukan
pengembangan efek fotovoltaik menjadi sel surya dengan menggunakan material
silikon kristal terdifusi. Efisiensi
konversi sel surya yang diperoleh saat itu sekitar 4,5% . Sejak saat
itu, sel surya mulai menarik perhatian
banyak peneliti karena sel surya diperkirakan dapat menjadi kandidat sumber
pembangkit listrik dimasa mendatang. Berbagai material kemudian diteliti untuk
mendapatkan jenis material yang dapat menghasilkan sel surya dengan efisiensi
konversi yang tinggi. Analisis teoritik yang berdasarkan celah pita energi menginformasikan bahwa
beberapa jenis material diperkirakan mampu menghasilkan sel surya dengan
efisiensi konversi lebih dari 30% (Bueche, 1997).
B.
Pengertian
Sel Surya
Energi radiasi matahari
merupakan sumber energi alternatif yang
jumlahnya tidak terbatas., terutama untuk negara-negara tropis seperti
Indonesia. Oleh karena itu, pengembangan energi alternatif berbasis tenaga martahari akan sangat
menjajikan. Salah satu cara pemanfaatan energi radiasi matahari tersebut
dilakukan berdasarkan sistem konversi fotofoltaik melalui suatu piranti
optoelektronik yang disebut sel surya. Sel surya merupakan salah satu sumber energi
alternatif dan dapat mengkonversi secara langsung energi matahari menjadi
energi listrik. Dalam penentuan sel surya terdapat parameter utama yang dapat
ditentukan yaitu Fill Factor (FF),
Efisiensi (
), Voc (open circuit voltage), dan Isc
(short circuit current). Fill factor sel surya merupakan besaran tak
berdimensi yang menyatakan perbandingan daya maksimum yang dihasilkan sel surya
terhadap perkalian Isc dan Voc. Semakin besar nilai FF
maka unjuk kerja sel surya
semakin baik dan akan
memiliki efisiensi konversi energi yang semakin tinggi. Efisiensi sel surya
merupakan presentase dari daya keluaran optimum terhadap daya input cahaya yang
digunakan (Halliday, 1999).
C.
Keuntungan
Sel Surya
Sel surya memiliki
beberapa keuntungan dalam penggunaannya sebagai konversi fotofoltaik. Beberapa
keuntungan tersebut antara lain:
1)
Mengkonversi langsung
energi radiasi matahari menjadi energi listrik.
2)
Ramah lingkungan, tanpa
emisi saat diemisikan dan tidak memerlukan
bahan bakar.
3)
Dapat digunakan
dimana-mana dan dapat diintegrasikan pada bangunan ataupun kontruksi yang lain.
4)
Berbentuk modular sehingga
jumlah sel surya yang dipakai dapat disesuaikan dengan kebutuhan (Anonim A,
2012).
D. Prinsip Kerja Sel Surya
Pada
dasarnya prinsip dari sel surya adalah mengubah energi matahari menjadi energi
listrik. Prinsip kerjanya adalah ketika suatu cahaya matahari yang mengandung
energi foton menyinari sel surya yang terbuat dari material yang memiliki celah
pita energi. Saat energi foton lebih kecil dari celah pita energi , energi
foton tersebut akan diabsorpsi oleh material sel surya sehingga
elektron-elektron yang berada pada pita valensi akan tereksitasi ketingkat yang
lebih tinggi yaitu pita konduksi dan meninggalkan hole. Pada bagian depan sel
surya persambungan p-i-n , pasangan elektron dan hole lebih banyak dibangkitkan
. hal ini terjadi karena foton lebih sukar menembus ke lapisan belakang sel
surya yang jaraknya jauh dari permukaan depan sel surya. Akibatnya, jumlah
pasangan elektron dan hole yang dibangkitkan pada lapisan belakang sel surya
lebih sedikit dibandingkan pada lapisan depan sel surya . Keadaan yang demikian
menyebabkan adanya perbedaan konsentrasi elektron dan hole bebas dikedua ujung
sel surya. Perbedaan konsentrasi ini akan menyebabkan elektron dan hole
mengalir dalam arah berlawanan. Dengan demikian, elektron dan hole bertindak
sebagai pembawa muatan. Proses pembentukan pasangan pembawa muatan tersebut
lebih dikenal dengan generasi pembawa muatan. Pergerakan pembawa-pembawa muatan
tersebut selanjutnya akan menghasilkan arus listrik (Jansen, 1995).
III. PROSEDUR
PERCOBAAN
A. Alat
dan Bahan
Adapun alat dan
bahan yang digunakan pada eksperimen ini sebagai berikut :
Gambar 3.1
Resistor
Gambar 3.2 lampu
Gambar 3.3
Multimeter
Gambar 3.4 Sel surya
Gambar
3.5 Voltmeter
Gambar
3.6 Amperemeter
B. Prosedur
Percobaan
Adapun prosedur
pada percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Menyusun
alat-alat seperti Gambar 3.5
2. Mengarahkan
sel surya secara tegak lurus dengan sinar datang (lampu).
3. Menghidupkan
lampu halogen dan mengukur intensitas cahaya dari lampu, intensitas cahaya dari
lampu adalah daya input sel surya.
4. Mengukur
arus dan tegangan yang mengalir dalam rangkaian untuk setiap nilai resistor
variabel, Rx.
5. Membuat
grafik hubungan antara arus dan tegangan.
6. Menghitung
nilai daya maksimum, efisiensi dan fill faktor.
IV. DATA PENGAMATAN DAN
PEMBAHASAN
A.
Data Pengamatan
Dari
percobaan yang telah dilakukan untuk percobaan sel surya, diperoleh data
seperti pada Tabel di bawah ini:
Tabel 1.
Data Percobaan Sel Surya
No
|
Daya masuk (lux)
|
Rx (ohm)
|
Tegangan (V)
|
Arus (A)
|
1
|
3500
|
100
|
0,35
|
6,9
|
2
|
3500
|
300
|
0,84
|
6,8
|
3
|
3500
|
700
|
1,88
|
6,3
|
4
|
3500
|
1000
|
2,64
|
6
|
5
|
3500
|
3000
|
7,20
|
5,2
|
6
|
3500
|
7000
|
12,67
|
3,5
|
7
|
3500
|
10000
|
13,89
|
2,9
|
8
|
3500
|
30000
|
13,295
|
0,9
|
9
|
3500
|
70000
|
13,96
|
0,8
|
10
|
3500
|
100000
|
13,96
|
0,6
|
11
|
3500
|
300000
|
13,97
|
0,2
|
12
|
3500
|
700000
|
13,98
|
0,05
|
13
|
3500
|
1500000
|
13,99
|
0,02
|
B. Pembahasan
Tujuan
dari percobaan ini adalah untuk menentukan daya maksimum (Pm),efisiensi (η),dan
fill factor (FF) dari sel surya,dimana penentuannya dilihat dari nilai
hambatan,tegangan,serta daya masuk yang dihasilkan dari sel surya.
Sel
surya adalah teknologi mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik dengan
menggunakan photovoltage.Secara umum,cara penggunaan energi matahari ini dibagi
dua,yaitu aktif dan pasif.
Sel
surya atau sel
photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah
wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset
berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photofoltaik. Sel surya memiliki banyak aplikasi.
Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya
(dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di
mana mereka berhubungan dengan inverter ke
grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.
Bahan
sel surya terdiri dari pelindung dan material adhesive transparan yang
melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan.Cara kerja sel surya sendiri
sebenarnya identik dengan prinsip kerja semikonduktor dioda.Ketika cahaya
bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semikonduktor,terjadi
pelepasan elektron.Apabila elektron
tersebut melewati lapisan semikonduktor yang berbeda,terjadi perubahan
sigma gaya-gaya pada bahan.
Gaya
tolak anta bahan semikonduktor dapat menyebabkan aliran medan listrik,serta
menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan
pada alat-alat listrik.Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadi
sel surya salah satu energi alternatif masa depan.
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas
listrik
yang berada di antara insulator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan
setengah penghantar listrik. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun
pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan
adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan
materi lain (biasa disebut pendonor elektron). Semikonduktor
jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron,
sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan
semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan
p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya,
dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol
jenis semikonduktor tersebut.
Pada
percobaan ini,pertama sel surya dihubungkan dengan amperemeter, kutub negatif
pada voltmeter dihubungkan dengan tahanan,kemudian kutub positif dari sel surya
dihubungkan dengan amperemeter dan kutub negatifnya pada voltmeter.Dan lampu
dihidupkan,lalu menentukan nilai tegangan dan arus dengan menggunakan
multimeter.Lampu halogen yang digunakan fungsinya untuk daya input sel
surya,dimana cahaya yang dihasilkan hampir sama dengan cahaya matahari.
Dalam
menentukan nilai tegangan dan arus,kita melakukan percobaan sebanyak 18 kali
dengan nilai tahanan yang berbeda,yaitu 100 ohm,300 ohm,700 ohm,1000 ohm,3
kohm,7 kohm,10 kohm,30 kohm,70 kohm,100 kohm,300 kohm,700 kohm,1,5 Mohm,3
Mohm,6 Mohm,8 Mohm,10 Mohm,dan 20 Mohm. Hasil pengamatannya dapat dilihat pada
tabel 1.
Setelah data pengamatan didapatkan, selanjutnya
adalah melakukan perhitungan. Perhitungan yang dilakukan disini bertujuan untuk
mencari nilai daya maksimum, efisiensi dan fill faktor dari suatu sel surya.
Untuk mempermudah dalam mencari perhitungan dilakukan dengan membuat suatu
grafik hubungan tegangan dan arus seperti gambar dibawah ini .
Grafik 1. Daya Maksimum Solar Cell
Hasil grafik
diatas didapat perhitungan pada percobaan sel surya ini untuk daya maksimum (Pm)
= 96,531 x 10-3 Watt, efisiensi
)= 7,42%,
dan Fill Faktor (FF) = 1.
Dari
hasil perhitungan dan pengamatan,kita dapat meyimpulkan bahwa hubungan antara
arus dan tegangan adalah berbanding terbalik. Semakin besar tegangan,maka arus
semakin mengecil. Fungsi resistor adalah sebagai tahanan arus,maka dapat
terlihat bahwa semakin besar nilai resistor,semakin kecil pula arus yang
dihasilkan.
Sel
surya diterapkan dalam teknologi pembuatan mobil tenaga surya,sepeda
motor,hingga pesawat terbang serta balon udara. Dengan aplikasi lebih lanjut, sel surya digunakan sebagai energy utama
dalam satelit-satelit buatan.
V. KESIMPULAN
Dari
percobaan yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin
besar nilai hambatan maka akan semakin
kecil nilai arusnya, dan sebaliknya.
2.
Semakin kecil nilai
hambatan, maka akan semakin besar nilai tegangan, dan sebaliknya.
3. Besar
daya maksimum yang diperoleh yaitu sebesar 96,531
x 10-3
Watt.
4. Besar
nilai fill faktor (FF) yang diperoleh yaitu sebesar 1.
5. Besar
nilai efisiensi yang diperoleh sebesar 7,42%.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim
A.2012. http://file.upi.edu/Direktori/D%20-%20FPMIPA/pdf. Diunduh pada tanggal 6 November 2013 pukul 13.20 WIB.
Hal:
152.
Halliday,
David. 1999.Fisika Edisi Ketiga Jilid 2.Jakarta:Erlangga.
Hal: 132-134.
Jansen, Ted J.
1995. Tekhnologi Rekayasa Surya. Jakarta:Pradianya
Paramita. Hal: 261.
PERHITUNGAN
Pm = Im x Vm
= (6,9 x 10-3) x
(13,99)
= 96,531 x 10-3
Watt
Pin = (3480 lux) x
(0,001496)
= 5,20608 Watt
= 7,42
%
FF =
=
= 1
Pn = In x Vn
P1 = (6,9
x 10-3) x (0,35)
=
Watt
P2 = (6,8
x 10-3) x (0,94)
=
Watt
P3 = (6,3
x 10-3) x (1,88)
=
Watt
P4 = (6
x 10-3) x (2,64)
=
Watt
P5 = (5,2
x 10-3) x (7,20)
=
Watt
P6 = (3,5
x 10-3) x (12,67)
=
Watt
P7 = (2,6
x 10-3) x (13,89)
=
Watt
P8 = (0,9
x 10-3) x (13,895)
=
Watt
P9 = (0,8
x 10-3) x (13,96)
=
Watt
P10 = (0,6
x 10-3) x (13,96)
=
Watt
P11 = (0,2
x 10-3) x (13,97)
=
Watt
P12 = (0,05
x 10-3) x (13,98)
=
Watt
P13 = (0,02
x 10-3) x (13,99)
=
Watt
Post a Comment